Meta AR/VR專利探索攝像頭+生物電位的多模態(tài)混合眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的眼動(dòng)追蹤傳統(tǒng)技術(shù)捕獲用戶的視頻圖像，并使用機(jī)器視覺(jué)算法識(shí)別用戶瞳孔的方向。然而，這種技術(shù)消耗大量的計(jì)算資源，容易出現(xiàn)睫毛和眼瞼遮擋，并且會(huì)受到虹膜和瞳孔之間的對(duì)比度影響。因此，基于視頻的眼動(dòng)追蹤難以精確追蹤具有深色虹膜的用戶眼睛。

　　在VR頭顯中捕獲視頻圖像以確定用戶注視方向具有額外的缺點(diǎn)，例如所采用的攝像頭類型通常相對(duì)昂貴或體積巨大。另外，這種技術(shù)以攝像頭的幀速率速度捕獲信息，而大多數(shù)時(shí)候的攝像頭幀速率相對(duì)較慢。

　　所以Meta在名為“Eye-tracking using embedded electrodes in a wearable device”的專利申請(qǐng)中提出，可以額外監(jiān)測(cè)來(lái)自多個(gè)EOG電極的生物電位信號(hào)信息，從而確定與用戶眼睛運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的信息。

　　這家公司指出，可以采取一種混合系統(tǒng)，結(jié)合攝像頭系統(tǒng)的信息與生物電位的信息，從而實(shí)現(xiàn)多模態(tài)混合眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。

　　多模式混合眼動(dòng)之宗系統(tǒng)可以改善邊緣情況，例如眼瞼覆蓋眼球的情況。這種系統(tǒng)可以使用包括多個(gè)EOG電極的電極組件來(lái)測(cè)量生物電勢(shì)信號(hào)。電極組件可以嵌入頭戴式系統(tǒng)中。頭顯將從電極組件接收的眼動(dòng)追蹤信息與攝像頭接收的信息組合在一起，并使用經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)根據(jù)生物電位信號(hào)確定眼球情況。

　　圖1A是一個(gè)眼鏡設(shè)備100透視圖。DCA可以包括確定眼動(dòng)追蹤信息的眼動(dòng)追蹤單元。眼動(dòng)追蹤信息可以包括關(guān)于一只或兩只眼睛的位置和方向信息。眼動(dòng)追蹤單元可以包括一個(gè)或多個(gè)眼動(dòng)追蹤攝像頭(未示出)，并根據(jù)捕獲的一只眼睛或兩只眼睛圖像來(lái)估計(jì)一只眼睛或者兩只眼睛的角度取向。眼動(dòng)追蹤單元同時(shí)可以包括一個(gè)或多個(gè)照明器以照射一只或兩只眼睛。

　　在一個(gè)實(shí)施例中，眼動(dòng)追蹤單元包括形成電極組件的多個(gè)電極185。電極185監(jiān)測(cè)響應(yīng)于諸如眼球運(yùn)動(dòng)、掃視、眨眼等眼部事件的發(fā)生而在用戶頭部產(chǎn)生的生物電位信號(hào)。電極185耦合到到頭戴式系統(tǒng)，并且與用戶頭部的皮膚直接接觸。

　　電極185是提供眼動(dòng)追蹤信息的整體眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)的一部分。如圖所示，電極185位于框架上、鼻梁處以及框架的端件處，但在其他實(shí)施例中，電極185可以位于頭戴式系統(tǒng)的其他部分和耳內(nèi)。

　　圖2是入耳式設(shè)備210的剖面圖200。剖面圖200描繪了外耳220和耳道230。

　　入耳式設(shè)備210的實(shí)施例包括作為音頻系統(tǒng)的換能器陣列一部分的換能器240、麥克風(fēng)250、電源單元260、多個(gè)EOG電極270、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)280和收發(fā)器290。在替代配置中，不同和/或附加組件可以包括在入耳式設(shè)備210中，例如接收器或收發(fā)器，以及入耳式裝置控制器。

　　入耳式設(shè)備210配置為完全位于用戶的耳道230內(nèi)，使得其放置可以完全閉塞耳道230的一部分。入耳式設(shè)備210包括轉(zhuǎn)換器240，轉(zhuǎn)換器240轉(zhuǎn)換從音頻系統(tǒng)接收的指令以向用戶提供音頻內(nèi)容。換能器240可以是高帶寬音頻換能器。

　　EOG電極270監(jiān)測(cè)在用戶眼球運(yùn)動(dòng)期間在用戶頭部表面產(chǎn)生的生物電位信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，電極270在空間上分布在入耳式設(shè)備210的外表面上。電極位于入耳式設(shè)備中，使得它們接觸用戶的耳道。多個(gè)電極可以是柔軟的、平坦的、可拉伸的和可折疊的，以便于在入耳式設(shè)備210的外表面上定位和使用。系統(tǒng)使用嵌入式電極270對(duì)應(yīng)的生物電位。

　　電極270測(cè)量響應(yīng)于諸如用戶的眼球運(yùn)動(dòng)之類的眼部事件在用戶頭部產(chǎn)生的生物電位信號(hào)。捕獲的生物電勢(shì)信號(hào)提供給DSP 280。電極270可以使用無(wú)線通信與DSP 280通信。

　　DSP 280可以從電極270接收監(jiān)測(cè)到的生物電勢(shì)信號(hào)，并用于進(jìn)一步的信號(hào)處理。可以無(wú)線地或通過(guò)入耳式設(shè)備210內(nèi)通信電路從電極接收監(jiān)測(cè)的信號(hào)。DSP 280可以處理從電極接收的信號(hào)，包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。

　　DSP 280可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。DSP 280可以包括放大器以放大從電極接收的生物電勢(shì)信號(hào)。DSP 280可以包括諸如帶通濾波器和/或低通或高通濾波器以及陷波濾波器之類的濾波器，以從接收信號(hào)中去除噪點(diǎn)。

　　收發(fā)器290將從入耳式設(shè)備210接收到的監(jiān)測(cè)的和可選地處理的信號(hào)傳送到位于頭顯的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。收發(fā)器單元290可以包括天線、藍(lán)牙單元和其他收發(fā)器組件。

　　圖3是一個(gè)橫截面/側(cè)視圖300。眼睛310包括角膜330、虹膜340、瞳孔350、鞏膜360、晶狀體370、中央凹380和視網(wǎng)膜390。

　　在圖3中描繪了眼睛的瞳孔軸385和中央凹軸395。瞳孔軸線385和中央凹軸線395隨著眼睛310的移動(dòng)而改變。在圖3中，眼睛310描繪為具有水平瞳孔軸385。因此，圖3中的中央凹軸395指向水平面下方約6°。圖3同時(shí)示出了攝像頭324的軸線。

　　眼睛310的移動(dòng)導(dǎo)致角膜反射在不同注視位置的相應(yīng)移動(dòng)。相關(guān)運(yùn)動(dòng)可以由眼動(dòng)追蹤攝像頭322捕捉到。攝像頭322將捕捉到的運(yùn)動(dòng)作為眼睛運(yùn)動(dòng)報(bào)告給眼動(dòng)之宗系統(tǒng)(未示出)。

　　EOG電極320放置在框架110上，使得它們與用戶頭部的皮膚接觸。所述電極320監(jiān)測(cè)眼睛310的角膜330和視網(wǎng)膜之間的電壓電位差(即生物電位信號(hào))。隨著眼睛310的移動(dòng)，角膜330和視網(wǎng)膜390之間的電壓電勢(shì)差的矢量相對(duì)于EOG電極320改變。因此，在電極320處監(jiān)測(cè)的信號(hào)發(fā)生變化，并且可以用于確定眼睛的運(yùn)動(dòng)。例如，在睜開(kāi)眼睛的時(shí)段期間，電極320處的監(jiān)測(cè)信號(hào)的急劇偏轉(zhuǎn)可能由眨眼引起。

　　在一個(gè)實(shí)施例中，電極320可以位于框架110的端件之上，使得它們與用戶頭部靠近太陽(yáng)穴的皮膚接觸。在其他實(shí)施例中，電極320可以在用戶的鼻梁處與皮膚接觸，或者電極320可以與眼睛310上方的前額區(qū)域和眼睛310下方的面部臉頰區(qū)域的皮膚接觸。這樣的電極放置有助于確定眼睛的垂直運(yùn)動(dòng)。隨著電極320之間的間距增加，測(cè)量的信號(hào)不太容易受到與噪點(diǎn)相關(guān)的變化影響。來(lái)自EOG電極320的監(jiān)測(cè)到的讀數(shù)報(bào)告給眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。

　　圖4A是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的可穿戴設(shè)備組件400框圖。眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)418追蹤用戶的的眼睛運(yùn)動(dòng)。

　　在一個(gè)實(shí)施例中，眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)418從位于頭顯的多個(gè)EOG電極(例如圖1A、圖1B和圖3中的電極185)接收生物電勢(shì)信號(hào)的信息，并可以將根據(jù)監(jiān)測(cè)到的生物電位信號(hào)確定的眼動(dòng)追蹤信息，與從眼動(dòng)追蹤攝像頭接收到的眼動(dòng)追蹤信息進(jìn)行組合。

　　圖4C是眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)480的框圖，是圖4A中所描繪的系統(tǒng)418的實(shí)施例。眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)480可以包括傳感器組件482、眼動(dòng)追蹤信息確定模塊484和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器486。

　　傳感器組件482包括多個(gè)傳感器，例如多個(gè)EOG電極。其中，EOG電極監(jiān)測(cè)在用戶頭部產(chǎn)生的生物電勢(shì)信號(hào)。傳感器組件482同時(shí)可以包括一個(gè)或多個(gè)眼動(dòng)追蹤攝像頭，其檢測(cè)并追蹤用戶眼睛中不同注視位置處的角膜反射。

　　傳感器組件482中的多個(gè)電極監(jiān)測(cè)響應(yīng)于諸如眼球運(yùn)動(dòng)、掃視、眨眼等眼部事件的發(fā)生而在用戶頭部產(chǎn)生的生物電位信號(hào)。如關(guān)于圖3中所描述，這電極監(jiān)測(cè)眼睛的角膜和視網(wǎng)膜之間的電壓電位差(即生物電位信號(hào))。隨著眼睛的移動(dòng)，角膜和視網(wǎng)膜之間的電壓電勢(shì)差的矢量相對(duì)于電極發(fā)生變化。因此，在電極處監(jiān)測(cè)的信號(hào)發(fā)生變化，并且因此可以用于進(jìn)一步確定眼球運(yùn)動(dòng)。測(cè)量的信號(hào)由傳感器組件482發(fā)送到眼動(dòng)追蹤控制器模塊484，并用于確定眼睛跟蹤信息。

　　傳感器組件同時(shí)可以包括信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元可以先處理信號(hào)，然后再將生物電勢(shì)信號(hào)提供給眼動(dòng)追蹤信息確定模塊484。信號(hào)處理單元的處理包括使用帶通濾波器和陷波濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，以從接收信號(hào)中去除噪點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述單元可以放大從電極接收的生物電勢(shì)信號(hào)。

　　基于監(jiān)測(cè)到的生物電位信號(hào)，眼動(dòng)追蹤信息確定模塊484使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)確定用戶的眼動(dòng)追蹤信息。

　　眼動(dòng)追蹤信息確定模塊484從傳感器組件482接收監(jiān)測(cè)到的生物電勢(shì)信息。由多個(gè)電極監(jiān)測(cè)的生物電勢(shì)信號(hào)以比用于通過(guò)眼動(dòng)追蹤攝像頭更高的采樣頻率獲得。因此，在電極和眼動(dòng)追蹤攝像頭都存在于傳感器組件482中的實(shí)施例中，在相同的監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，從電極接收到的眼動(dòng)追蹤相關(guān)信息比從眼動(dòng)追蹤攝像頭接收到的信息更多。

　　因此，從多個(gè)電極獲得的信息可以用于補(bǔ)償從眼動(dòng)追蹤攝像頭接收到的丟失信息，從而生成改進(jìn)的眼動(dòng)追蹤信息。

　　類似地，從眼動(dòng)追蹤攝像頭獲得的信息有時(shí)是低質(zhì)量的，例如眼瞼閉塞、黑暗環(huán)境、低功率可用性等。在這種情況下，眼動(dòng)追蹤信息確定模塊484將來(lái)自眼動(dòng)追蹤攝像頭的信息與基于監(jiān)測(cè)到的生物電位信號(hào)相組合，以生成改進(jìn)的眼動(dòng)追蹤信息。

　　圖5是使用眼動(dòng)追蹤信息的流程圖�？膳宕髟O(shè)備組件通過(guò)多個(gè)電極監(jiān)測(cè)生物電勢(shì)信號(hào)。

　　可穿戴設(shè)備組件基于監(jiān)測(cè)到的生物電位信號(hào)，使用經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型為用戶確定眼動(dòng)追蹤信息。所述模型可以是各種生物電位信號(hào)值到對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)眼動(dòng)追蹤信息參數(shù)值的映射。映射可以存儲(chǔ)為一個(gè)或多個(gè)查找表�？膳宕髟O(shè)備組件可以通過(guò)從存儲(chǔ)的查找表中檢索眼動(dòng)追蹤信息參數(shù)值來(lái)確定生物電位信號(hào)的眼動(dòng)追蹤信息參數(shù)值。

　　可佩戴設(shè)備組件部分地基于所確定的眼動(dòng)追蹤信息來(lái)執(zhí)行530至少一個(gè)動(dòng)作。在一個(gè)實(shí)施例中，由可穿戴設(shè)備組件執(zhí)行的動(dòng)作530可以包括基于與所確定的一個(gè)或多個(gè)眼部事件相關(guān)聯(lián)的信息來(lái)調(diào)整呈現(xiàn)給用戶的視覺(jué)內(nèi)容的顯示。

　　名為“Eye-tracking using embedded electrodes in a wearable device”的Meta專利申請(qǐng)最初在2021年8月提交，并在日前由美國(guó)專利商標(biāo)局公布。

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　　來(lái)源：映維網(wǎng)